【導(dǎo)讀】FSAE國際學(xué)生方程式賽車由美國車輛工程師學(xué)會(huì)于1979年開辦，在國際上被視為是“學(xué)界的F1方程式賽車”。每年在世界各地有600余支大學(xué)車隊(duì)參加。賽程規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。的設(shè)計(jì)意義、研究現(xiàn)狀以及設(shè)計(jì)目標(biāo)。在選定了基本結(jié)構(gòu)后本論文對(duì)制動(dòng)器展開了以。除此之外，本論文還介紹了制。體、制動(dòng)盤等零件圖，并用UG對(duì)其進(jìn)行了三維建模。

　　

【正文】 高摩擦系數(shù) 。 各種制動(dòng)器用摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為 ～ ，一般來說，摩擦系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈差，所以在制動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。在假設(shè)的理想條件下計(jì)算制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，為使計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際，在本次設(shè)計(jì)中，取 f =。另外，在選擇摩擦材料時(shí)，應(yīng)盡量采用減少污染和對(duì)人體無害的材料，故選用粉末冶金材料。 共 44 頁 第 19 頁第四章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 摩擦襯塊的磨損特性計(jì)算 摩擦襯片 (襯塊 )的磨損，與摩擦副的材質(zhì)、表面加工情況、溫度、壓力以及相 對(duì)滑磨速度等多種因素有關(guān)，因此在理論上要精確計(jì)算磨損性能是困難的。但試驗(yàn)表明，摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。 汽車的制動(dòng)過程是將其機(jī)械能 (動(dòng)能、勢(shì)能 )的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動(dòng)力的任務(wù)。此時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)熱量來不及逸散到大氣中，致使制動(dòng)器溫度升高。此即所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大，則襯片 (襯塊 )的磨損愈嚴(yán)重 比能量耗散率 制動(dòng)器的能量負(fù)荷常以其比能量耗散率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。比能量耗散率又稱為 單位功負(fù)荷或能量負(fù)荷，它表示單位摩擦面積在單位時(shí)間內(nèi)耗散的能量，其單位為2/mmW 。 單個(gè)前輪制動(dòng)器和單個(gè)后輪制動(dòng)器的比能量耗散率分別為 221211221222()122()1 (1 )22aam v vetAm v vetA? ?? ?? ????? ?? ???? （ 41） jvvt 21 ?? 式中： ? ——回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)； am ——賽車 總質(zhì)量； 1v ， 2v ——制動(dòng)初速度與終速度， sm/ ；計(jì)算時(shí)取 smhkmv /?? j ——制動(dòng)減速度 , 2/sm ,設(shè)賽車在附著系數(shù) 1?? 的賽道上以 sm/ 的初速度制動(dòng)，由于賽車同步附著系數(shù)為 ?? ，故后輪先抱死取 2/10 smj? 。 t——制動(dòng)時(shí)間， s ； 21,AA ——前、后制動(dòng)器襯片 (襯塊 )的摩擦面積；（ 221 36cmAA ?? ） ? ——制動(dòng)力分配系數(shù)。 在緊急制動(dòng)到 02?v 時(shí)，并可近似地認(rèn)為 1?? ，則有 ?1211 221 tAvme a? 共 44 頁 第 20 頁 )1(221 2212 ??? tAvme a （ 42） 把各參數(shù)值代入上式得 sj vvt ???? 221211 / mmWtAvme a ????? ??? ? 222212 /)( )1(221 mmWtA vme a ?????? ???? ? 盤式制動(dòng)器的比能量耗散率以不大于 2/W mm 為宜 ， 比能量耗散率過高會(huì)引起襯片（襯塊）的急劇磨損， 而且 還可能引起制動(dòng)盤產(chǎn)生龜裂。式中 t 為 100Km/h時(shí)的制動(dòng)時(shí)間，其值為 。 12,AA為前后制動(dòng)器摩擦襯片面積。 ?? 2，求得2221 /,/ mmWemmWe ?? ，符合要求。 比滑磨功 磨損和熱的性能指標(biāo)也可用襯塊在制動(dòng)過程中由最高制動(dòng)初速度至停車所完成的單位襯塊面積的滑磨功，即比滑磨功 fL 來衡量： 2m a x2aaffmvLLA? ?????? （ 43） 式中： am ——汽車總質(zhì)量， kg； maxav ——汽車最高制動(dòng)車速， m/s A? ——車輪制動(dòng)器各襯塊的總摩擦面積， 2cm fL????——許用比滑磨功，取 221 0 0 0 / 1 5 0 0 /fL J c m J c m?? ??? 可求得： 22m a x2 /4362 cmJAAvmL aaf ??? ????，滿足要求。 其中，最高車速取 制動(dòng)器的熱容量和溫升核算 應(yīng)核算制動(dòng)器的熱容量和溫升是否滿足如下條件： ? ?d d h hm c m c t L?? （ 44） 式中： dm ——各制動(dòng)盤的總 質(zhì)量，為已知 2Kg hm ——與各制動(dòng)盤相連的金屬（如輪轂、輪輻、制動(dòng)鉗體等）總質(zhì)量，為 4kg dc ——制動(dòng)盤材料的比容熱，對(duì)鑄鐵 C=482J/(kg K)；對(duì)于鋁合金 C=880 J/(kg K) hc ——與制動(dòng)盤相連的受熱 金屬件的比容熱； 共 44 頁 第 21 頁 t ——制動(dòng)盤的溫升（一次由 30 /av km h? 到完全停車的強(qiáng)烈制動(dòng)，溫升不應(yīng)超過 15 C? ）； L——滿載汽車制動(dòng)時(shí)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變的熱能，因制動(dòng)過程迅速，可以認(rèn)為制動(dòng)產(chǎn)生的熱能全部為前、后制動(dòng)器所吸收，并按前、后制動(dòng)力的分配比率分配給前后、制動(dòng)器，即 21 2aa vLm?? 22 (1 )2aavLm ??? （ 46） 求得： JL 21 ???? JL 22 ???? 所以： JLLL ????? 式中 am ——賽車滿載總質(zhì)量，為 345Kg av ——賽車制動(dòng)時(shí)的初速度 ?——賽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，為 核算： ? ? ? ? Jtcmcm hhdd 553202048248802 ???????? JL ? 故，滿足以下條件： ? ?d d h hm c m c t L?? 盤式制動(dòng)器 有效半徑 的計(jì)算 盤式制動(dòng)器的計(jì)算用簡(jiǎn)圖如圖 所示，假設(shè)襯塊的摩擦表面與制動(dòng)盤接觸良好，且各處的單位壓力分布均勻，則盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為 fNRTf 2? （ 46） 共 44 頁 第 22 頁式中： f ——摩擦系數(shù)，取值 ； N——單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力 ，見 圖 R——作用半徑。 對(duì)于常見的扇形摩擦襯塊，如果其徑向尺寸不大則取 R 為平均半徑 mR 或有效半徑 eR 已足夠精 確。如圖 圖 所示，平均半徑為 mmRRR m 1002 120802 21 ????? 式中： 1R ， 2R ——扇形摩擦襯塊的內(nèi)半徑和外半徑。（ mmRmmR 12080 21 ?? ； ） 圖 盤式制動(dòng)器的計(jì)算用圖 圖 鉗盤式制動(dòng)器的作用半徑計(jì)算用圖 根據(jù)圖 ，在任一單元面積 RdR ?d 上的摩擦力對(duì)制動(dòng)盤中心的力矩為?dRdfqR2 ，式中 q 為襯塊與制動(dòng)盤之間的單位面積上的壓力，則單側(cè)制動(dòng)塊作用于制動(dòng)盤上的制動(dòng)力矩為： ???? )(322 313221 21 RRfqdR df qRT RR ??? ? ?? 共 44 頁 第 23 頁單側(cè)襯塊給予制動(dòng)盤的總摩擦力為： ???? )( 212221 RRfqdR df qRfN RR ??? ? ?? 得有效半徑為： )2]()(1[34322 212212121223132 RRRR RRRR RRfNTR fe ????????? 令 mRR?21，則有： me RmmR ])1(1[34 2???= 因 121 ??RRm ， 41)1( 2 ??mm ，故 me RR? 。當(dāng) 21 RR? ， 1?m ， me RR? 。 但當(dāng) m過小，即扇形的徑向?qū)挾冗^大時(shí)，襯塊摩擦表面在不同半徑處的滑磨速度相差太大，磨損將不均勻，因而單位壓力分布將不均勻，則上述計(jì)算方法失效。本次設(shè)計(jì) 取有效半徑為 100mm。 共 44 頁 第 24 頁第五章 制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 制動(dòng)盤 制動(dòng)盤一般用珠光體 灰 鑄鐵制成，或用添加 NiCr， 等的合金鑄鐵制成。 用于鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤 結(jié)構(gòu)形狀 一般為 禮貌形 （見圖 ）。 有的文獻(xiàn)認(rèn)為 ：制動(dòng)盤兩側(cè)表面不平行度不應(yīng)大于 ,盤的表面擺差不應(yīng)大于 ；制動(dòng)盤表面粗糙度不應(yīng)大于 ，本設(shè)計(jì)在此采用。 本次設(shè)計(jì)采用的材料為合金鑄鐵，結(jié)構(gòu)形狀為禮帽形，前后均為實(shí)心盤。 圖 禮帽形制動(dòng)盤 制動(dòng)鉗 制動(dòng)鉗由可鍛鑄鐵 KTH37012或球墨鑄鐵 QT40018制造，也有用輕合金制造的。例如用鋁合金壓鑄?？勺龀烧w的，也可做成兩半并由螺栓連接。其外緣留有開口，以便不必拆下制動(dòng)鉗便可檢查或更換制動(dòng)塊。制動(dòng)鉗體應(yīng)有高的強(qiáng)度和剛度。在鉗體中加工出制動(dòng)油缸。為了減少傳給制動(dòng)液的熱量，將活塞的開口端頂靠制動(dòng)塊的背板?；钊设T鋁合金制造，為了提高耐磨損性能，活塞的工作表面進(jìn)行鍍鉻處理。為了解決因制動(dòng)鉗體由鋁合金制造而減少傳給制動(dòng)液的熱量的問題，減小了活塞與制動(dòng)塊背板的接觸面積。 制動(dòng)鉗在汽車上的安裝位置可在車軸的前方或后方。制動(dòng)鉗位于車軸前可避免輪胎甩出來的泥，水進(jìn)入制動(dòng)鉗，位于車軸后則可減小制動(dòng)時(shí)輪轂軸承的合成載荷。 因此本次設(shè)計(jì)采用可鍛鑄鐵，整體式、鍍鉻處理，前后制動(dòng)鉗位于車軸后。 制動(dòng)塊 制動(dòng)塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘接在一起。襯塊多為扇形，也有矩形，正方形或圓形的?；钊麘?yīng)能壓住盡量多的制動(dòng)塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。制動(dòng)塊背板由鋼板制成。為了避免制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量傳給制動(dòng)鉗而引起制動(dòng)液汽化和減小制動(dòng)噪聲，可在摩擦襯塊與背板之間或 在背板后粘 共 44 頁 第 25 頁（或噴涂）一層隔熱減震墊（膠）。由于單位壓力大和工作溫度高等原因，摩擦襯塊的磨損較快，因此其厚度較大。許多盤式制動(dòng)器裝有襯塊磨損達(dá)極限時(shí)的警報(bào)裝置，以便及時(shí)更換摩擦襯片。 本次設(shè)計(jì)取襯塊厚度 14mm，有隔熱減震墊。 摩擦材料 表 摩擦材料性能對(duì)比 材料 性能 有 機(jī) 類 無 機(jī) 類 制法 編制物 石棉模壓 半金屬模壓 金屬燒結(jié) 金屬陶瓷燒結(jié) 硬度 軟 硬 硬 極硬 極硬 密度 小 小 中 大 大 承受負(fù)荷 輕 中 中 重 中 重 重 摩擦系數(shù) 中 高 低 高 低 高 低 中 低 高 摩擦系數(shù)穩(wěn)定性 差 良 良 良 優(yōu) 優(yōu) 常溫下的耐磨性 良 良 良 中 中 高溫下的耐磨性 差 良 良 良 優(yōu) 優(yōu) 機(jī)械強(qiáng)度 中 高 低 中 低 中 高 高 熱傳導(dǎo)率 低 中 低 中 高 高 抗振鳴 優(yōu) 良 中 良 差 差 抗顫振 中 良 中 對(duì)偶性 優(yōu) 良 中 良 差 差 價(jià)格 中 高 低 中 中 良 高 高 制動(dòng)摩擦材料應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能好，不能在溫度升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降 ， 材料 應(yīng)有較好的 耐磨性， 較低 吸水率 、壓縮率、熱傳 導(dǎo)率和熱膨脹率以及高的抗壓、抗拉、抗剪切、抗彎曲性能和耐沖擊性能 ；制動(dòng)時(shí)應(yīng) 不產(chǎn)生噪聲和不良?xì)馕?，?yīng)盡量采用 低 污染和對(duì)人體無害的摩擦材料。 以往車輪制動(dòng)器采用廣泛應(yīng)用的模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹脂粘結(jié)劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑 (由無機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成 )與噪聲消除劑 (主要成分為石墨 )等混合后，在高溫下模壓成型的。模壓材料的撓性較差，故應(yīng)按襯片或襯塊規(guī)格模壓，其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹脂配料，使襯片或襯塊具有不同 共 44 頁 第 26 頁的摩擦性能和其他性能。 本 次設(shè)計(jì)綜合考慮各種材料， 參考了表 ， 采用性能更好、 環(huán)保效果更好的半金屬材料。摩擦系數(shù)為 f=。 制動(dòng)器間隙的調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu) 制動(dòng)盤與摩擦襯塊之間在未制動(dòng)的狀態(tài)下應(yīng)有工作間隙，以保證制動(dòng)盤能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。一般來說盤式制動(dòng)器的制動(dòng)間隙為 （單 側(cè)為 ）。此間隙的存在會(huì)導(dǎo)致踏板或手柄的行程損失，因而間隙應(yīng)盡量的小?？紤]到制動(dòng)過程中摩擦副可能產(chǎn)生熱變形和機(jī)械變形，因此制動(dòng)器在冷態(tài)下的間隙應(yīng)有試驗(yàn)確定。本設(shè)計(jì)制動(dòng)間隙取為 。 圖 制動(dòng)間隙的自調(diào)裝置 1制動(dòng)鉗體； 2活塞； 3活塞密封圈 另外，制動(dòng)器 在工作過程中會(huì)由于摩擦襯塊的磨損而使間隙加大，因此制動(dòng)器必須設(shè)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。當(dāng)前，盤式制動(dòng)器的調(diào)整機(jī)構(gòu)已自動(dòng)化。一般都采用一次調(diào)準(zhǔn)式間隙自調(diào)裝置。最簡(jiǎn)單且常用的結(jié)構(gòu)是在缸體和活塞之間裝一個(gè)兼起復(fù)位和間隙自調(diào)作用